Desempenho elétrico e composição de baterias Ni-HM

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Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 31, n. 2, p. 181-190, jul./dez. 2010
Estudo do desempenho elétrico e da composição química de baterias
de Ni-HM original e falsificada
Electrical performance and chemical composition studies on original
and falsified Ni-MH batteries
Alexandre Urbano1
; Jair Scarminio1
; Carlos Roberto Appoloni1
;
Ricardo Floriano2
; Fábio Luiz Melquíades3
; Adenilson Oliveira dos Santos4
;
Paulo Rogério Catarini5
; Fábio Lopes5
; Rafael Bonacin6
Resumo
Neste trabalho mostramos que a falsificação de produtos tecnológicos atinge também as baterias
recarregáveis de níquel hidreto metálico (Ni-HM). Investigamos o desempenho elétrico e a composição
química dos eletrodos de baterias de Ni-HM de formato AAA, originais e falsificadas, comercializadas
em Londrina, Norte do Paraná. O desempenho elétrico das baterias foi quantificado medindo-se
sua capacidade de carga, sob taxa de 0,2C, e a sua potência elétrica média, nas taxas de 0,2 e 0,8 C.
Para as análises da composição química as baterias foram desmontadas em vácuo, e seus eletrodos
analisados por Fluorescência de Raios-X por Dispersão em Energia (EDXRF) e Difração de Raios-X
(XRD). Observou-se que a capacidade de carga da bateria original foi de 920 mAh contra 155 mAh da
falsificada, e as potências médias foram respectivamente 210 mW e 41 mW. A composição química dos
catodos das baterias, original e falsificadas, é de hidróxido de níquel (Ni (OH)2
). Os anodos, no entanto,
são diferentes. Na original encontrou-se o composto LaNi5
e na falsificada o hidróxido de cádmio (Cd
(OH)2
). As baterias originais, portanto, exibem 6 vezes mais capacidade de carga, 5 vezes mais potência
a 0,2 C e 6 vezes a 0,8 C, e ainda são menos agressivas ao meio ambiente por não conterem cádmio.
Palavras-chave: Baterias falsificadas. Níquel hidreto metálico. Cádmio.
Abstract
We show in this paper that falsifications on technological products have hit even rechargeable nickel
metal hydride batteries (Ni-MH). The electrical performance and the electrode chemical composition
were investigated for authentic and falsified AAA Ni-MH batteries, purchased in the Londrina market,
Paraná State. Battery charge capacities were measured at 0,2 C discharge rate and average electrical
power was measured at 0.2 and 0.8 C discharge rate. To perform chemical composition analysis, the
batteries were vacuum dismantled and their electrodes were characterized by Energy Dispersive X-Ray
Fluorescence (EDXRF) and X-Ray Diffraction (XRD) techniques. It was observed that the charge
capacities for the authentic and falsified batteries were 920 and 154 mAh, respectively. The average
electrical powers were 210 mW for authentic and 41 mW for falsified batteries. The cathode chemical
1
Docentes do Departamento de Física da Universidade de Londrina (UEL). E-mail: aurbano@uel.br; scarmini@uel.br; appoloni@
uel.br
2
Pós Graduando em Física do Departamento de Física da Universidade Estadual de Londrina (UEL). E-mail: ricardo_fisica@
hotmail.com
3
Docente do Departamento de Física da Universidade Estadual do Centro-Oeste (UNICENTRO). E-mail: fmelquiades@unicentro.br
4
Docente da Universidade Federal do Maranhão (UFMA). E-mail: adenilson1@gmail.com
5
Físicos MSc. do Departamento de Física da Universidade Estadual de Londrina (UEL). E-mail: prcsilva@uel.br; bonn@uel.br
6
Graduando em Física do Departamento de Física da Universidade Estadual de Londrina (UEL). E-mail: rbonacindeoliveira@
gmail.com

182
Urbano, A. et al.
composition was nickel hydroxide, (Ni(OH)2
), for both kinds of batteries. However, the anodes of these
batteries were not composed by the same materials. The alloy LaNi5
was identified as the electroactive
compound in the anode of the authentic battery, while cadmium hydroxide compound, (Cd (OH)2
), was
identified in the falsified battery anode. The authentic battery therefore presented six times more charge
capacity, five times more power at 0.2 C discharge rate and 6 times at 0.8 C than the falsified battery,
and are yet less dangerous to environment due cadmium absence.
Key-words: Falsified batteries. Nickel metal hydride. Cadmium.
do Conselho Nacional do Meio Ambiente (1999)
(AZAR; HOLMBERG; LINDGREN, 1996; RYDH;
BOSVARD, 2003).
As baterias de Ni-HM emergiram justamente
da necessidade de se substituir o cádmio, presente
nas baterias de níquel-cádmio (Ni-Cd) (FENGA;
GENGA; NORTHWOODB, 2001; MORIOKAA;
NARUKAWAB; ITOUB, 2001; YUICHI;
SHIGEO; KOICHI, 2001; OHMS et al., 2002).
As baterias de Ni-HM são compostas basicamente
por um catodo de hidróxido de níquel (Ni(OH)2
ou
H2
NiO2
), um separador de celulose, que é embebido
pelo eletrólito de hidróxido de potássio dissolvido
em água, e um anodo de hidreto metálico HM,
onde M = LaNi5
(SAKAI; UEHARA; ISHIKAWA,
1999; YAN; CUI, 1999; GENG et al., 2001).
Historicamente, o anodo de hidreto metálico foi o
composto que permitiu a substituição do cádmio
nas baterias de Ni-Cd, devido às suas propriedades
de intercalação do íon hidrogênio (H+
), que é o
íon ativo nas baterias alcalinas de intercalação
iônica (HUGGINS et al., 1994; SHUKLAA;
VENUGOPALANB; HARIPRAKASHA, 2001).
As reações parciais que descrevem os processos de
carga e descarga dos eletrodos das baterias de Ni-
HM são descritas abaixo.
carga + - 0
2 2 2descarga
carga+ - 0
5 6 5descarga
H NiO HNiO +H +e 0,52
LaNi +6H +6e H LaNi 0,83
E V
E V
→ =←
→ = −←
Amotivaçãodestetrabalhosurgiuaoseconfrontar
as características impressas nos rótulos de baterias
de Ni-HM originais e falsificadas, encontradas no
comércio da cidade de Londrina – PR. Observou-
se, imediatamente, uma inconsistência grosseira nos
Introdução
As baterias de níquel hidreto metálico (Ni-
HM) dominam uma fatia considerável do mercado
de baterias recarregáveis por equiparem diversos
aparelhos eletrônicos portáteis como tocadores
de música (MP3, MP4), máquinas fotográficas,
filmadoras, ferramentas portáteis, controles
remotos, brinquedos, rádios, entre outros. Parte
deste mercado é composto por baterias falsificadas,
que segundo a Associação Brasileira da Indústria
Elétrica e Eletrônica (COSTA, 2009), chega a
atingir 30% do total das baterias comercializadas,
estimulado principalmente pelos baixos preços
das baterias falsificadas (AZAR; HOLMBERG;
LINDGREN, 1996;).
A dificuldade na diferenciação entre baterias
originais e falsificadas não é exclusividade
apenas dos consumidores, mas também dos
comerciantes. Para algumas marcas o processo
de selagem do invólucro da bateria pode ser uma
sensível característica. Nas baterias originais
mais modernas o invólucro metálico é selado com
solda TIG (Tugsten Inert Gas), enquanto que nas
baterias falsificadas exibem o antigo selamento
por estrangulamento (“clamping”) (BUCHMANN,
2001). Outras características, que podem ser
observadas visualmente, são o acabamento das
embalagens e dos rótulos e as suas tonalidades de
cores. Dados obtidos em sítios da internet (mas
sem comprovação científica) apontam que as
baterias falsificadas de Ni-HM contêm cádmio. Se
comprovado, este fato pode ser um grande problema
do ponto de vista ambiental, visto que as baterias
de Ni-HM podem legalmente ser descartadas no
lixo doméstico, segundo a Resolução 257 de 1999

183
Estudo do desempenho elétrico e da composição química de baterias de Ni-HM original e falsificada
valores apresentados para a capacidade de carga.
Para o formato AAA (diâmetro = 10 mm, altura =
44,5 mm) o valor informado para a capacidade de
carga da bateria original era de 900 mAh, e para
a falsificada o valor era de 3000 mAh. A tensão
fornecida no rótulo era de 1,2 V para ambas. O preço
das baterias variava de R$ 15,00 para a original e
R$ 5,00 para a falsificada. Na análise de custo vs.
benefício por capacidade de carga, levando em
conta apenas as informações das embalagens, ficava
evidente uma suposta superioridade da bateria
falsificada. O valor em reais, de cada unidade de
carga (Ah), era aproximadamente igual a 1,6 R$/Ah,
para a falsificada, contra 16 R$/Ah, para a original.
O objetivo deste trabalho é a determinação do
custo vs. benefício por capacidade de carga real
das baterias. Para isso o desempenho elétrico das
baterias de Ni-HM, originais e falsificadas, e as
composições elementares dos seus eletrodos, foram
caracterizados com o objetivo de se certificar suas
reais condições frente àquelas informadas nas
respectivas embalagens.
Experimental
Baterias recarregáveis de Ni-HM do modelo
AAAoriginais foram compradas no mercado formal
enquanto as falsificadas no mercado informal
(“camelódromo”).As baterias, original e falsificada,
são da mesma marca e modelo (Figura 1).
Figura 1. Embalagens das baterias original (esquerda) e
falsificada (direita).
O desempenho elétrico (capacidade de
carga e potência elétrica) foi obtido de ciclos
cronopotenciométricos e a composição com auxílio
das técnicas de espectroscopia de fluorescência de
Raios X (EDXRF) e difração de Raios X (XRD). Foi
caracterizado ainda o design das baterias e a massa
dos seus eletrodos, uma vez que esses parâmetros
também influenciam no desempenho elétrico da
bateria (WEN-HUAet al., 1995; DENG et al., 1999;
ZHOU et al., 1999; CHEN, 2001; ABEA et al.,
2006; WANGA et al., 2005; JIANXIN et al., 2001;
LIU et al., 2004).
As capacidades de carga e as potências elétricas
das baterias foram investigadas realizando-se
ciclos de carga e descarga sob corrente controlada
(DURACELL, 2009; PANASONIC, 2005; GUA et
al., 1999). No processo de carga foi aplicada uma
corrente elétrica de 0,1 C pelo tempo de 16 h, que
equivale a uma sobrecarga de 60% (C = capacidade
de carga nominal dividido por hora = mAh/h). Em
baixas correntes (0,1 C) a bateria de Ni-HM pode
ser sobrecarregada, sem danos aos seus eletrodos,
para garantia de carregamento pleno.
Na descarga aplicou-se uma corrente 0,2 C, para
que o tempo de descarga da bateria fosse de 5 h
(PANASONIC, 2005; LINDEN; REDDY, 2002).
Experimentos exploratórios mostraram que a bateria
original carregada a 0,1C (90 mA) e descarregada a
0,2 C (180 mA) comporta-se dentro do esperado,
enquanto a bateria falsificada carregada a 0,1 C
(300 mA) foi drasticamente sobrecarregada e
quando descarregada a 0,2 C (600 mA) sua tensão
atinge o limite de 1,0 V instantaneamente. Para se
estabelecer a real capacidade de carga da bateria
falsificada, variou-se a corrente elétrica até que o
tempo de descarga fosse de 5 h. Isso foi conseguido
com corrente de 30,8 mA. Esta corrente equivale
portanto à taxa de 0,2 C.
A capacidade de carga (em módulo) é obtida
multiplicando-se a corrente aplicada pelo tempo
de aplicação. A potência fornecida pelas baterias
foi obtida, multiplicando-se a tensão, da curva de

184
Urbano, A. et al.
descarga (tensão vs. tempo), pelo valor da corrente
aplicada(0,2C).Osensaioselétricosforamrealizados
num ciclador de baterias da marca Flyever, com dois
canais simultâneos de análise e corrente máxima de
1A, interfaciado a um microcomputador. O design
interno das baterias foi investigado desmontando
seu invólucro metálico com micro serra rotativa
numa capela com exaustão de ar. Após o corte as
baterias foram submetidas à vácuo para secagem
do eletrólito. A composição química dos eletrodos
das baterias foi determinada, após preparação
dos mesmos na forma de pó, com auxílio de duas
técnicas, a Fluorescência de RaiosX por Dispersão
em Energia (EDXRF – Energy Dispersive X-ray
Fluorescence) e a Difratometria de Raios X (XRD
– X-ray Diffraction). A EDXRF foi realizada com
excitação de radiação Ag Kα (MOXTEK FT 100),
detetor Si-PIN (AMPTEK XR 100CR), tempo de
aquisição de 500 s, tensão de 28 kV, corrente de
10 mA, e com as amostras acomodadas em filme
de poliéster (CHEMPLEX). A XRD foi feita num
difratômetro X´Pert PRO MRD Philips, com
radiação Cu Kα na geometria focalizante Bragg-
Brentano, tensão de 40 KV e corrente de 50 mA. O
intervalo de varredura 2θ utilizado foi de 15º a 90º,
com passo angular de 0,025º e tempo de contagem
de 4 s por ponto. A massa dos eletrodos foi medida
numa balança Snug, modelo 150, com 0,005 g de
precisão.
Resultados e discussão
A Figura 2 apresenta a relação entre as medidas
da tensão e capacidade de carga para as baterias,
original e falsificada obtidas das curvas de carga
e descarga das baterias. No carregamento a
corrente é constante e positiva (por convenção), e
a capacidade de carga é uma função crescente no
tempo. Na descarga a corrente também é constante,
mas negativa (por convenção), e a capacidade de
carga (ou de descarga) é uma função decrescente no
tempo. No ponto A, de ambas as curvas da Figura
2, está localizado o final da carga (com sobrecarga)
e o início da descarga. Observa-se na região de
sobrecarga uma constância no valor da tensão da
bateria original (dV/dt @ 0) contra um decréscimo
da tensão da bateria falsificada (dV/dt < 0). Esta
inflexão negativa na curva de tensão é típica de
baterias de Ni-Cd mesmo carregadas sob baixas
correntes de 0,1C (LINDEN; REDDY, 2002).
Nota-se, para ambas baterias, que nem toda a carga
inserida é extraída. Isso é comum tanto para baterias
de Ni-HM como de Ni-Cd, uma vez que no processo
de sobrecarga à 0,1C (~92 mA para a original e
~15,4 mA para a falsificada) ocorrem várias reações
de oxirredução sobrepondo-se à reação reversível
de armazenamento de carga.
No descarregamento (processo espontâneo) dois
valores de capacidade de carga puderam ser obtidos
das curvas de descarga, um na tensão de 1,2 V (Q1,2V
)
e outro na tensão de 1,0 V (Q1,0V
). O valor Q1,2V
será
confrontado com a capacidade de carga fornecida
no rótulo da bateria, uma vez que a capacidade de
carga lá informada, para ambas as baterias, refere-
se capacidade medida na descarga até a tensão 1,2
V. A tensão de 1,0 V é uma tensão mínima e típica
para os sistemas Ni-HM e Ni-Cd, que certifica a
descarga plena das baterias, e que neste trabalho foi
utilizada como base para o cálculo das taxas C de
carga e descarga. As capacidades de carga obtidas
para a bateria original foram: Q1,2V
= 750 mAh e
Q1,0V
= 920 mAh, enquanto para a falsificada as
capacidades foram: Q1,2V
= 130 mAh e Q1,0V
= 154
mAh. O custo benefício desta bateria ao invés de
1,6 R$/Ah é, portanto, de 38 R$/Ah.
A potência das baterias à 0,2 C e no tempo
médio de análise (2,5 h) foi de 220 mW para a
bateria original e de 41 mW para a falsificada. Já
sob uma maior corrente de descarga, de 0,8 C, que
equivale a 736 mA para a bateria original e 123 mA
para a bateria falsificada. As potências obtidas, no
tempo médio de descarga, foram respectivamente,
840 mW e 140 mW. Tanto a bateria original como a
falsificada foram completamente descarregadas na
corrente 0,2 C em 5 h. Já à 0,8 C a bateria original
levou 1 h e 20 min e a falsificada 12 min. Isso indica

185
que a bateria falsificada exibe perda de capacidade
de carga em altas correntes que pode ser atribuída
a fatores intrínsecos como baixa condutividade
eletrônica dos seus eletrodos, baixa difusibilidade
iônica (H+
) no eletrólito e eletrodos, entre outros.
Ressalta-se que o desempenho de potência elétrica
da bateria falsificada descarregada a 0,8 C é inferior
ao desempenho da bateria original descarregada a
0,2 C.
Figura 2. Tensão vs. capacidade de carga das baterias
original e falsificada.
Figura 3. Curvas de potência vs. tempo das baterias,
original e falsificada, sob correntes de 0,2 C e 0,8 C.
As baterias no estado descarregado foram
desmontadas e observou-se que ambas possuem o
mesmo design, tipo rocambole ou “jelly roll”. Os
catodos tem a mesma textura, e estão suportados
numa matriz de níquel metálico sinterizado.
O material eletroativo dos eletrodos negativos
recobrem um mesmo tipo de fita metálica que possui
0,2 mm de espessura e simetricamente perfurada.
As massas dos catodos das baterias, original e
falsificada, foram respectivamente 4,64 e 2,40 g,
enquanto para os anodos, original e falsificado, as
massas foram respectivamente de 2,60 e 1,19 g,
ou seja, os eletrodos da bateria original possuem
aproximadamente o dobro da massa dos eletrodos
da bateria falsificada. Ambas as baterias são
encapsuladas em tubo cilíndrico de aço inoxidável.
Apesar do baixo desempenho apresentado pela
bateria falsificada, chama a atenção o nível
tecnológico com que estas baterias são construídas,
possuindo design, suporte de eletrodo e contatos
elétricos dignos de uma bateria de alta qualidade.
As análises de EDXRF revelaram que nos
catodos é predominante a presença de níquel
(Figura 4a). Já para os anodos os espectros indicam
a presença de terras raras (TR=La, Ce, Pr, Nd, Pm)
e níquel para a bateria original, e de cádmio e níquel
para a bateria falsificada (Figura 4b).
Os difratogramas de raios-X revelaram para
ambos os catodos, a presença predominante do
composto Ni(OH)2
, além de carbono grafite e níquel
metálico presentes no catodo falsificado (Figura
5a). Já os difratogramas de raios-X dos anodos
(Figura 5b), revelam que a liga LaNi5
e níquel
metálico (Ni) estão presentes na composição do
anodo original, enquanto que no anodo falsificado
foi encontrado o composto Cd(OH)2
(Figura 5b).
Alguns picos do difratograma do anodo da bateria
falsificada não puderam ser identificados, apesar das
muitas tentativas. Todas as fases encontradas nos
difratogramas de raios-X (Fig.5a e Fig.5b), estão
em concordância com os elementos indentificados
pelas medidas de EDXRF.

186
Urbano, A. et al.
Figura 4. Espectros de EDXRF dos catodos (a) e anodos
(b) das baterias original e falsificada.
Figura 5. Difratogramas de raios X dos catodos (a) e
anodos (b) das baterias, original e falsificada.
Um resumo geral comparando as capacidades
de carga, as potências sob diferentes correntes, o
design, a composição química predominante e a
massa dos eletrodos e a relação custo/benefício para
os dois tipos de baterias são apresentados na Tabela
1.

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Tabela 1 – Dados comparativos entre as baterias, original e falsificada.
PARÂMETROS ORIGEM DA BATERIA
Falsificada Original
Custo R$ 5,00 15,00
Informações do Rótulo 3000 mAh, 1,2V 900 mAh, 1,2 V
Capacidade de Carga medida a 1,2 V 130 mAh 750 mAh
Capacidade de Carga medida a 1,0 V 155 mAh 920 mAh
Potência à 0,2 C (mW) 41 220
Potência à 0,8 C (mW) 140 840
Design jelly roll jelly roll
Composição Ni(OH)2
(+), Cd(OH)2
(-) Ni(OH)2
(+), LaNi5
(-)
Massa Eletrodo (+) 2,40g 4,64g
Massa Eletrodo (-) 1,19g 2,60g
Capacidade Específica (mAh/g) 42 mAh/g 127 mAh/g
Custo Benefício (Rótulo) 1,6 R$/Ah 16 R$/Ah
Custo Benefício (Real) 38 R$/Ah 20 R$/Ah
Conclusões
Neste trabalho, baterias de Ni-HM do formato
AAA, original e falsificada, foram analisadas quanto
às suas capacidades de carga, potência em diferentes
correntes de descarga, design de construção, massa
e composição dos eletrodos.
Com relação às informações fornecidas nos
rótulos, ambas as baterias não cumprem com o
descrito nos rótulos. A bateria original é de fato
de Ni-HM, mas a capacidade de carga indicada no
rótulo (900 mAh) só foi conseguida para a tensão
limite de 1,0 V. Para tensão limite de 1,2 V a
capacidade de carga da bateria original foi de 750
mAh. O custo versus benefício elétrico desta bateria
deve, portanto, ser corrigido para 20 R$/Ah ao invés
dos 16 R$/Ah, devido ao fato que muitos aparelhos
eletrônicos necessitam de 1,2 V de tensão mínima
para operarem. Todas outras informações estão
dentro do esperado para este tipo de bateria.
Abateria falsificada informa em seu rótulo ser de
Ni-HM e exibir uma capacidade de carga de 3000
mAh. Foi verificado que estas informações estão
incorretas, ou seja, o anodo não é de hidreto metálico
e sim de hidróxido de cádmio e a capacidade de
carga não ultrapassa os 154 mAh.
A capacidade de carga específica (mAh/g)
da bateria original é muito superior à da bateria
falsificada o que significa que o baixo desempenho
elétrico da bateria falsificada não pode ser atribuído
simplesmente à menor massa dos seus eletrodos
(duas vezes menor). Analisando-se a relação do
custo vs. benefício de carga “específica” (R$/
(mAh/g)), conclui-se não haver vantagem entre os
tipo de baterias, sendo de 126 R$/(mAh/g) para a
falsificada e de 127 R$/(mAh/g) para a original. Por
outro lado, o consumidor ao comprar uma bateria
está comprando capacidade de carga (mAh), ou
seja, uma unidade que, grosso modo, se refere à
duração no fornecimento de energia elétrica, e não
capacidade de carga específica (mAh/g), que se
refere à duração no fornecimento por peso.
Outra vantagem exibida pela bateria original,

188
Urbano, A. et al.
em detrimento à falsificada, foi a potência de
operação. As potências da bateria falsificada nas
taxas de 0,2 ou 0,8 C são menores do que a da
bateria original à 0,2 C. Isso significa que muitos
aparelhos eletrônicos, principalmente os baseados
na tecnologia de semicondutores e de comunicação,
não poderão operar com as baterias falsificadas
devido ao fato desses equipamentos necessitarem
de uma potência mínima para operação.
O fato do anodo da bateria falsificada ser à base
de cádmio, ao invés de um hidreto metálico, implica
num perigoso agente de contaminação ambiental,
uma vez que ao ser rotulada como sendo de Ni-HM,
pode ser depositada no lixo doméstico (CONAMA,
1999). Os processos de coleta e reciclagem também
são seriamente prejudicados, pois, não há como
identificar, de maneira rápida e barata, a real
composição dos eletrodos da baterias.
Em suma, as baterias falsificadas lesam o
consumidor tanto pelo seu desempenho elétrico
como ambiental.
Agradecimentos
À Sercomtel Celular S.A. e à FundaçãoAraucária
pelo apoio financeiro e à Capes pelas Bolsas de
Mestrado.
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Recebido em 23 Dezembro, 2009 – Received on December 23, 2009.
Aceito em 13 Maio, 2010 – Accepted on May 13, 2010.

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